SOLCELLSANLÄGGNINGARNA PÅ MATEMATIKGRÄND 9 OCH NYA GEOGRAFIGRÄND - ÅLIDHEM, UMEÅ Utvärdering av driftperioden maj 2011 tom oktober 2012 Energibanken i Jättendal AB, november 2012 2012-11-13 Energibanken i Jättendal AB Mats Andersson Bäling 110 820 77 Gnarp mats@energibanken.se www.energibanken.se
SOLCELLSANLÄGGNINGARNA PÅ MATEMATIKGRÄND 9 OCH NYA GEOGRAFIGRÄND - ÅLIDHEM, UMEÅ Driftresultat maj 2011 tom oktober 2012 1. Inledning Solcellsanläggningen på Matematikgränd 9 i Ålidhem, Umeå, togs i drift i slutet av april 2011 och utvärderingen omfattar driftdata insamlade från maj 2011 tom oktober 2012. I mitten av september 2011 driftsattes nästa anläggning i Ålidhem, nu på den nybyggda fastigheten på Nya Geografigränd. Utvärderade driftdata för den anläggningen omfattar perioden 15 september 2011 tom oktober 2012. De data som ingår i utvärderingen är timvärden från de energimätare, som installerats för varje delsystem för registrering av elcertifikat. 2
2. Anläggningsbeskrivning Matematikgränd 9-15,84 kw på tak mot väster med taklutningen 14 Solcellsanläggningen består av två, helt självständiga och effektmässigt lika stora delsystem. Den totala toppeffekten är 15,84 kw, fördelat på 7,92 kw kristallina kiselmoduler och 7,92 kw tunnfilmsmoduler. Modulerna i de två delsystemen är anslutna till två identiska trefasväxelriktare. De två delsystemen är därmed identiskt uppbyggda, vilket var en målsättning för att kunna jämföra de två modulteknikerna; kristallint kisel och tunnfilm av CIGS (CuInGaSe 2, koppar-indium-gallium-diselenid). Modulerna är monterade på aluminiumprofiler, ovanpå ett papptak. Taket lutar 14 och är orienterat mot väster. Ingen skuggning av modulerna orsakas av omgivande byggnader eller träd. Däremot skuggas vissa moduler på förmiddagen från de ventilationsstoser som är installerade på taknocken. Figur 2.1 De kristallina modulerna från Trina till vänster i bilden och tunnfilmsmodulerna från Q-Cells till höger. Delsystem 1 kristallint kisel 7,92 kw - 33 st moduler med multikristallina kiselceller från det kinesiska företaget Trina Solar. Modulerna är kopplade i två strängar med 16 i serie, parallellt med 17 i serie. De två strängarna är anslutna till en trefasväxelriktare från tyska SMA med två separata maxeffektföljare (MPPT = Maximum Power Point Tracker). Modultyp: Trina TSM 240-PC05, 240 W per modul Mått: 1,650 x 0,992 Total modulyta = 54 m 2 Vikt: 19,5 kg Total modulvikt = 644 kg Växelriktare: SMA Sunny Tripower 8000TL Verkningsgrad: Max 98,1% och Euroeta 97,5% (medelverkningsgrad) Mått: 665 x 690 x 265 mm (b x h x d) Vikt: 65 kg 3
Figur 2.2 33 st moduler från det kinesiska företaget Trina med multikristallina kiselceller, 240 W per modul. Delsystem 2 CIGS tunnfilm 7,92 kw - 88 st moduler, tunnfilm CIGS från det tyska företaget Q-Cells. Modulerna är kopplade i 8 parallella strängar med 11 moduler i serie. De 8 strängarna är anslutna till en trefasväxelriktare från tyska SMA med två separata maxeffektföljare (MPPT) 4 parallella strängar per ingång. Modultyp: Q-Cells Q.SMART 90, 90 W per modul Mått: 1,196 x 0,636 Total modulyta = 67 m 2 Vikt: 14,5 kg Total modulvikt = 1 276 kg (den höga vikten på CIGS-modulerna beror på att de består av två glasskivor tunnfilmen vakuumdeponeras på ett glas och därefter lamineras modulen med ytterligare en härdad glasskiva) Växelriktare: SMA Sunny Tripower 8000TL Verkningsgrad: Max 98,1% och Euroeta 97,5% (medelverkningsgrad) Mått: 665 x 690 x 265 mm (b x h x d) Vikt: 65 kg Figur 2.3 88 st CIGS tunnfilmsmoduler från det tyska företaget Q-Cells, 90 W per modul. 4
Figur 2.4 De två växelriktarna från tyska SMA. Figur 2.5 En display visar produktionen från hela anläggningen. Sammanställning av månadsdata, maj 2011 tom oktober 2012 Sedan de två delsystemen togs i drift har totalt ca 19 000 kwh producerats till fastighetens elnät. I tabellen 2.1 redovisas månadsdata för de båda systemen. Under vintermånaderna var modulerna snötäckta och ända fram i april har produktionen påverkats. 2011 2012 2011 2012 Kisel Kisel CIGS CIGS jan 0,0 0,0 feb 0,0 0,0 mar 82,6 104,9 apr 300,5 375,1 maj 974,5 939,9 1014,8 1005,3 jun 1153,2 1095,5 1206,6 1144,7 jul 1101,4 1003,5 1158,2 1059,4 aug 705,4 723,1 741,1 774,0 sep 369,3 406,0 373,5 414,1 okt 204,7 156,4 197,1 143,8 nov 33,5 27,2 dec 1,6 1,1 År 4 543,6 4 707,4 4 719,6 5 021,4 Tabell 2.1 Tabellen redovisar antalet kwh som har levererats till elnätet från de två delsystemen. Mätvärdena är hämtade från energimätarna som levererar data för registrering av elcertifikat. 5
3. Anläggningsbeskrivning Nya Geografigränd - 18,24 kw på tak mot söder med taklutningen 18 Anläggningen har toppeffekten 18,24 kw och består av 76 st moduler med multikristallina kiselceller från kinesiska företaget Yingli Solar. Modulerna är kopplade i fyra parallella strängar, som är anslutna till en gemensam trefasväxelriktare från tyska SMA, med två separata maxeffektföljare (MPPT = Maximum Power Point Tracker). Tre strängar om 22 moduler i serie är anslutna till ingång A på växelriktaren och en sträng med 10 moduler i serie till ingång B. Modulerna är monterade på aluminiumprofiler, ovanpå ett papptak. Taket lutar 18 och är orienterat mot söder. En viss skuggning förekommer på morgon och kväll från den uppstickande ventilationsstosen samt pga nivåskillnaderna på takytorna. Figur 3.1 De 76 modulerna är uppdelade på fyra takytor, två på mittentaket och en yta vardera på de två lägre sidotaken. Modultyp: Yingli YL240P-29b, 240 W per modul Mått: 1,650 x 0,990 Total modulyta = 124 m 2 Vikt: 19,8 kg Total modulvikt = 1 505 kg Växelriktare: SMA Sunny Tripower 17000TL Verkningsgrad: Max 98,1% och Euroeta 97,5% (medelverkningsgrad) Mått: 665 x 690 x 265 mm (b x h x d) Vikt: 65 kg 6
Figur 3.2 Modulerna på mittentaket är uppdelade på två ytor. Figur 3.3 Moduler på ett av de lägre sidotaken. Figur 3.4 Trefasväxelriktaren från tyska SMA. Sammanställning av månadsdata, 15 september 2011 tom oktober 2012 Sedan anläggningen togs i drift har totalt ca 15 800 kwh producerats till fastighetens elnät. I tabellen 3.1 redovisas månadsdata för anläggningen. Liksom anläggningen på Matematikgränd 9 har modulerna varit snötäckta under vintern. En intressant observation är att produktionen varit betydligt större under förmiddagarna. Anläggningen är orienterad rakt mot söder och under helklart väder bör därför produktionen vara i det närmaste lika under timmarna fram till kl 12 (soltid) som under resten av dagen. Studier av timvärden visar dock att betydligt mer energi produceras på förmiddagarna, vilket dels beror på att kustklimatet ger mindre molnighet tidigt på dagarna än senare när moln har hunnits bildats. En ytterligare effekt är temperaturen som ökar under dagen. Solcellerna värms upp och effekten sjunker därmed. Figur 3.5 visar den producerade energin per månad, uppdelad på fm och em. 7
2011 2012 jan 0,0 feb 0,0 mar 777,3 apr 1352,2 maj 2626,6 jun 2796,1 jul 2647,2 aug 2098,1 sep 560,4 1310,7 okt 720,0 668,3 nov 192,5 dec 26,4 År 1 499,3 14 276,4 Tabell 3.1 Tabellen redovisar antalet kwh som har levererats till elnätet från anläggningen. Mätvärdena är hämtade från energimätaren som levererar data för registrering av elcertifikat. kwh 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 fm em Figur 3.5 Månadsproduktion har här delats upp på förmiddag respektive eftermiddag och som synes ger förmiddagarna betydligt mer energi. 8
4. Analys och diskussion Pilotanläggningen på Matematikgränd 9 Installationen på västtaket på Matematikgränd 9 var den första i Ålidhemsprojektet och en tanke var då att prova solceller av både kristallint kisel och tunnfilm. Därför installerades två, effektmässigt lika stora anläggningar under våren 2011 med 8 kw av vardera konventionella kiselmoduler och CIGS tunnfilm. Data finns registrerade sedan maj 2011 och en detaljerad utvärdering av driften under den första sommaren har presenterats i en rapport SOLCELLSANLÄGGNING MATEMATIKGRÄND 9 I ÅLIDHEM, UMEÅ, Utvärdering av driftperioden maj tom september 2011, daterad 2011-10-14. Totalt under hela driftperioden, maj-11 tom okt-12, har tunnfilmsmodulerna producerat 9 741 kwh mot kiselmodulernas 9 251 kwh - en skillnad på 5 %. Förklaringen till den högre produktionen från tunnfilmsmodulerna har analyserats i ovan nämnda rapport. En slutsats var att tunnfilmsmodulerna har en högre produktion vid höga instrålningsnivåer, jämfört med kiselmodulerna. En annan fördel för tunnfilmsmodulerna är att de är uppdelade på 11 parallella strängar, medan kiselmodulerna bara är kopplade i två slingor, vilket gör att skuggor från ventilationsstoserna har en mindre inverkan på tunnfilmsmodulerna. Ett vanligt mått när man jämför produktionen från olika anläggningar är deras sk yield, ett mått på hur många kwh en anläggningar producerar under ett år, per installerad kw toppeffekt. Om man räknar ut yield för de två olika teknikerna så varierar den mellan 598-622 kwh/kwt för kiselmodulerna och mellan 635-656 kwh/kwt för tunnfilmen. Beräkningen har då gjorts för olika 12 månadersperioder; maj-11 tom april-12, juni-11 tom maj-12 osv, vilket är anledningen till att yield här är angivet i intervall. Värdena är lägre än väntat och beror till stor del på att modulerna var snötäckta hela vintern och delvis ända fram i april i år. Skuggningen från ventilationsstoserna på taknocken har också haft en relativt stor inverkan under förmiddagarna, särskilt under perioderna med en lågt stående sol. Anläggningen på Nya Geografigränd I mitten av september 2011 togs nästa anläggning i drift i Ålidhem, nu på den nyuppförda fastigheten på Nya Geografigränd. Här har solcellsmodulerna installerats på ett söderorienterat tak, vilket gör att man kan förvänta sig en högre produktion per kw toppeffekt än på Matematikgränd 9, där modulerna sitter på ett västtak. Uppmätt yield är ca 800 kwh/kwt och överensstämmer med förväntad produktion, om man tar hänsyn till snötäckningen under vintern. Ingen snö har avlägsnats manuellt, varken på Matematikgränd 9 eller här på Nya Geografigränd. Eftersom fastigheten på Nya Geografigränd är betydligt högre än den på Matematikgränd 9 har vinden gjort att mindre snö har ackumulerats och dessutom är taklutningen något brantare och rakt mot söder, 18 grader mot 14 på Matematikgränd 9, vilket gjort att snön har smält av snabbare på våren. Jämförelser mellan anläggningarna på Matematikgränd och Nya Geografigränd Både storlek och placering skiljer anläggningarna åt. I figur 4.1 presenteras månadsdata för kristallint kisel och CIGS (tunnfilm) på Matematikgränd 9 och för kristallint kisel på Nya Geografigränd. För att kunna jämföra de olika installationerna har energiproduktionen per månad dividerats med installerad toppeffekt (yield). Det framgår tydligt i figuren att anläggningen på Nya Geografigränd har stora fördelar genom att den är installerad rakt mot söder. Fördelen ökar ju lägre solen står, dvs under höst och vinter. 9
I figur 4.2 har en av periodens, produktionsmässigt bästa dagar valts ut. Den 23 juni 2012 var en helklar dag och dagsproduktionen blev 50 kwh för kisel-delen (Si) och 53 för tunnfilmen (CIGS) medan anläggningen på Nya Geografigränd (Geografi) producerade 137 kwh. Även här har produktionen normerats för toppeffekten. Geografi är orienterad rakt söder och når sin högsta effekt kl 12 medan Si och CIGS har sin maximala produktion kl 14. Instrålningen mot den söderorienterade modulytan blir också högre än den som når västtaket, vilket ger en högre, maximal effekt under dagen. kwh/kwt 180 160 140 120 Kisel CIGS Geog 100 80 60 40 20 0 Figur 4.1 Månadsproduktionen för de tre delsystemen, presenterade som yield dvs normerad för toppeffekt. Anläggningen på Nya Geografigränd driftsattes i mitten av september. 10
kw/kwt 23 juni 2012 0,90 0,80 0,70 0,60 Geografi Si CIGS 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Figur 4.2 Normerad produktion för de tre anläggningsdelarna under en helklar dag. 11